Zr离子掺杂二氧化钛光催化剂的制备及催化性能研究开题报告

 2022-08-03 11:10:14

1. 研究目的与意义

废水含有大量的有机物、重金属等有毒物质，难以降解。导致难以进行水资源的重复利用。二氧化钛由于其自身特有的特点成为污水治理行业公认的较理想光催化剂，但由于TiO2光催化剂存在量子产率低，禁带能隙大等缺点，在实际应用中受到限制。为了改善这些缺点，将二氧化钛光催化剂的激发波长扩展到可见光区，从而使其光催化性能提高，本文主要进行了以下几个方面的实验探索：

  1. 采用溶胶-凝胶法制备Zr掺杂的TiO2光催化剂，使其光响应波长拓宽至可见光区域；

  2. 用 XRD、SEM、TR等手段对改性后的TiO2光催化剂进行表征，重点考察煅烧温度对催化剂粒子晶型结构及晶粒尺寸的影响，并考察改性TiO2的光谱响应范围；

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    2. 研究内容和预期目标

    1. 采用溶胶-凝胶法制备Zr掺杂的TiO2光催化剂，使其光响应波长拓宽至可见光区域；

    2. 用 XRD、SEM、TR等手段对改性后的TiO2光催化剂进行表征，重点考察煅烧温度对催化剂粒子晶型结构及晶粒尺寸的影响，并考察改性TiO2的光谱响应范围；

    3.以光催化降解亚甲基蓝观察改性TiO2的降解性能。

    3. 国内外研究现状

    1.1研究背景

    对于光催化剂二氧化钛来说，它属于半导体结构的物质。半导体催化剂的兴起始于20世纪七十年代初，日本学者Fujishima和Honda发现，n型半导体TiO2单晶电极能够产生光分解水制氢的反应[1]，多相半导体光催化剂从此成为世界各国众多学者的研究热点。1976 年，Carey 等在紫外光照射下利用二氧化钛降解了联苯及多氯联苯[2]。1977年，Fank和Bard对水中氰化物在二氧化钛上的光分解进行了研究，发现二氧化钛对有机污染物有较好的降解效果，进一步推动了光催化的发展[3]。由于TiO2具有无毒无害、不会造成二次污染、性质稳定等优点，同时又具备良好的光催化活性，其应用前景被各国学者看好，关于它的研究成为了光催化领域的热点。

    近年来，二氧化钛成为污水治理行业公认的较为理想光催化剂，但随着研究不断深入，二氧化钛催化效率较低的问题越来越明显，因此如何改良二氧化钛成了目前研究的热点问题[4]。

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    4. 计划与进度安排

    2022.6.28- 2022.6.31 查阅相关文献、资料, 撰写毕业论文开题报告；

    2022.02.22- 2022.03.01 拟定试验方案；

    2022.03.02- 2022.03.05 准备实验材料、仪器等；

    2022.03.06- 2022.04.25 课题实验开展阶段；

    2022.04.26- 2022.05.10 完成论文初稿；

    2022.05.11- 2022.05.21 论文修改；

    2022.05.22- 2022.05.25 完成初稿修改，形成定稿；

    2022.06.09 前 完成论文答辩。

    5. 参考文献

    [1]FujishimaAHonda.Electrochemicalphotolysisofwateratasemiconductor

    electrode[J].Nature,1972,238(5358):37-38.

    [2] CareyJH,LawrenceJ,TosineHM.PhotodechlorinationofPCB’sinthepresenceof titanium dioxide in aqueoussuspensions[J].Bull Environ Contam Toxicol,1976,16:697.

    [3] FrankSN,BardAJ.Heterogeneousphotocatalyticoxidationofcyanideandsulfitein

    aqueoussolutins at semiconductor pow ders [J].J Phys Chem,1977,81:1484.

    [4] 吴爱琴. 经有机分子修饰后二氧化钛对光降解亚甲基蓝的影响[J].环境与发展,2019,31(4):128-129,132.

    [5] 张维. 钴掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究[D].吉林大学,2015.

    [6] M.N.Chong, B. Jin, C.W.K. Chow and C. Saint, 'Recent developments inphotocatalytic water treatment technology: A review,' Water Research,vol.44, pp.2997-3027, 2010.

    [7]RabindranathanS,DevipriyaS,YesodharanS. Photocatalytic degradation of phosphamidon on semiconductoroxides[J].Journal of hazardous materials,2003,102(2/3):217-229.

    [8]HuangMiaoliang,XUChunfang,WUZi-bao,etal.PhotocatalyticDiscolorizationof MethylOrangeSolutionbyPtModifiedTiO2LoadedonNaturalZeolite[J].Dyes and Pigments,2008,77(2):327-334.

    [9] 赵天行.光催化剂二氧化钛的掺杂改性研究[D].安徽:中国科学技术大学,2014.

    [10] 齐越. 冷冻干燥法制备二维二氧化钛复合纳米材料及其光催化应用研究[D].厦门大学,2018.

    [11] 余勇. 基于二氧化钛的纳米材料的制备、表征和应用[D].华中科技大学,2013.

    [12] 刘锐,陈庆林,王秀章.水热法制备纳米二氧化钛微球及其光催化性能[J].湖北师范大学学报(自然科学版),2018,38(02):72-77.

    [13] 李华丽,刘海霞,张庆,等.溶剂热法制备纳米二氧化钛及光催化活性研究[J].稀有金属材料与工程,2017,46(02):533-537.

    [14] 杨小林,黄一波.溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛的工艺条件研究[J].化工时刊,2008(09):26-27.

    [15] 贺进明. 微乳液法和水热法制备纳米二氧化钛的研究[D].兰州大学,2008.

    [16] 国伟林,王西奎.负载型纳米二氧化钛的液相沉积法制备及性能研究[J].化工技术与开发,2004(05):1-3 30.

    [17] 杨文秀. 非金属（硼、氮）掺杂改性二氧化钛的制备及光催化性能和机理研究[D].浙江工业大学,2014.

    [18] 郑晓娇. 二氧化钛分子团簇的合成机理及其光催化性能研究[D].重庆大学,2015.

    [19]Ｒossi G，Pasquini L，Catone D，et al．Charge carrier dynamics and visiblelight photocatalysis in vanadium-doped TiO2 nanoparticles[J].AppliedCatalysis, B. Environmental: An International Journal Devoted to CatalyticScience and Its Applications,2018,237:603.

    [20]李大玉,张文韬,张超.不同种类金属掺杂改性TiO_2材料光催化性能的研究进展[J].材料导报,2019,33(23):3900-3907.

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